zbiorniki podziemne - spzp corrpol · zbiorniki podziemne za nieszczelność stalowych ścianek...
Post on 28-Feb-2019
225 Views
Preview:
TRANSCRIPT
2/2009 Chemia Przemysłowa
tec
hn
olo
gie
61
Zbiorniki podziemne
Za nieszczelność stalowych ścianek zbiorników kontaktujących się z ziemią prawie w 100% odpowiedzialna jest korozja. Korozja stali węglowej w środowiskach naturalnych jest zjawiskiem dobrze poznanym. Przyczyny oraz mechanizm tego procesu opracowane zostały teoretycznie i doświadczalnie.
Wojciech Sokólski
– co zrobić, by były szczelne
Od szeregu lat udoskonala się różnego rodzaju środki
umożliwiające przedłużenie żywotności urządzeń i kon-
strukcji stalowych eksploatowanych w różnorodnych
środowiskach korozyjnych. Jest całkowicie zrozumiałe, że
stal w powietrzu, w ziemi i w wodzie, szczególnie morskiej,
ulega korozji, zaś szybkość zniszczenia elementów stalo-
wych uzależniona jest w zasadzie tylko od czasu.
Szybkość korozji stali w ziemi jest, podobnie jak
w wodzie morskiej, uzależniona od transportu tlenu
do powierzchni metalu, a więc od rodzaju gruntu oraz
głębokości zakopania konstrukcji. Jest ona wiec w ziemi
znacznie mniejsza, niż w wodzie morskiej. Jednak nie
szybkość korozji samej stali decyduje o żywotności
i przydatności technicznej takich obiektów, jak rurociągi
czy zbiornik podziemne. Zasadniczymi przyczynami
uszkodzeń konstrukcji podziemnych są:
• makroogniwa korozyjne, wynikające z kontaktu
konstrukcji w odrębnych miejscach z środowiskiem
o różnych właściwościach ( zykochemicznych, zróż-
nicowanym natlenieniem, temperaturą itd.,
• prądy błądzące upływające ze źródeł prądu stałego
– trakcji elektrycznych, urządzeń spawalniczych,
galwanizerni itd.,
• mikroorganizmy biorące udział w reakcjach lub sty-
mulujące procesy korozyjne,
• błędy konstruktorów i wykonawców, stwarzających
dogodne warunki do przyspieszenia szybkości nisz-
czenia korozyjnego obiektów lub pozbawiające moż-
liwości ich skutecznej ochrony przeciwkorozyjnej.
Wymienione czynniki, a nie sa to przecież wszystkie
przypadki, w znaczący sposób przyśpieszają szybkość
korozji stali, często wielokrotnie. Zazwyczaj nie zdajemy
sobie sprawy jak szybko, w niektórych przypadkach, może
nastąpić uszkodzenie korozyjne ścianki rurociągu czy
zbiornika. Chociażby oddziaływanie prądów błądzących,
dla których wiadomo z prawa Faraday’a, że prąd o natęże-
niu 1 A w ciągu roku roztwarza ok. 10 kg żelaza. W takich
warunkach wydrążenie przez prąd otworu o średnicy 1 cm
w ściance stalowej o grubości 10 mm trwałoby niewiele
więcej niż 1 dzien. Na szczęście warunki takie zdarzają sie
rzadko, a gęstości prądu sa zazwyczaj jednak mniejsze.
Stalowe ścianki zbiorników podziemnych i dna zbior-
ników naziemnych kontaktują sie z ziemią i narażone są
na korozyjne oddziaływanie gruntu w sposób analogiczny
do innych konstrukcji podziemnych. Stosowane różnego
rodzaju powłoki czy izolacje zmniejszają oczywiście
prawdopodobieństwo uszkodzeń korozyjnych i maja
wpływ na żywotność zbiorników, jednakże nie w więk-
szym stopniu niż na innych obiektach eksploatowanych
w ziemi. Potwierdza to także fakt powszechnego stoso-
wania w stosunku do zakopanych zbiorników technik
ochrony zewnętrznych powierzchni za pomocą metod
i środków stosowanych dla rurociągów podziemnych –
grubych powłok bitumicznych czy taśm polietylenowych.
Cechą charakterystyczną korozji zbiorników podziemnych
jest występowanie makroogniw korozyjnych, wynikają-
cych ze zróżnicowanego napowietrzenia różnorakich jego
elementów, przede wszystkim fragmentów oddalonych
od miejsc dopływu tlenu, jak również lokalnie miejsca
o podwyższonym zawilgoceniu gruntu. W aglomeracjach
miejskich i przemysłowych zbiorniki narażone sa na silne
oddziaływania prądów błądzących. Podziemne stalowe
zbiorniki na paliwa i dna zbiorników naziemnych dosko-
nale nadają się do zabezpieczenia przeciwkorozyjnego za
pomocą ochrony katodowej. Podstawowym zadaniem
projektanta systemu ochrony katodowej jest zapewnienie
w miarę równomiernego rozpływu stałego prądu ochron-
nego do całej zabezpieczanej powierzchni zbiornika.
Prąd płynie od odpowiednio zaprojektowanego układu
anod do zabezpieczanych elementów metalowych, które
Stalowe dno tego wielkiego zbiornika jest chronione przy pomocy tego niewielkiego urządzenia elektrycznego – stacji ochrony
2_2009_chemia.indd 61 2009-03-30 09:41:28
marzec – kwiecień
tec
hn
olo
gie
62
kontaktują się bezpośrednio z otaczającym środowiskiem
elektrolitycznym. Realizacja ochrony katodowej zbiorni-
ków jest stosunkowo łatwa, ponieważ maja one zazwyczaj
bardzo proste i niewielkie wymiary, np. w porównaniu
z wielokilometrowymi odcinkami rurociągów.
Ochrona katodowa – czy uszczelnia zbiorniki?
Jedyną techniką ochrony przeciwkorozyjnej konstruk-
cji podziemnych, przed wszystkimi wyżej wymienionymi
zagrożeniami jest ochrona katodowa. Może być ona
stosowana nie tylko do konstrukcji nowych, ale także do
obiektów już istniejących, eksploatowanych w ziemi od
wielu lat. Technologia ochrony katodowej urządzeń pod-
ziemnych znacząco rozwinęła sie w Ameryce Północnej
w latach trzydziestych ubiegłego stulecia. Opracowane
zostały wtedy podstawy tej techniki ochrony przeciwko-
rozyjnej, w odniesieniu do rurociągów stalowych, które
z powodzeniem stosowane są do dnia dzisiejszego.
W Europie problematyka ochrony przed korozja
konstrukcji podziemnych, nabrała istotnego znaczenia
dopiero w okresie powojennym. Wcześniej głównie do-
strzegano zagrożenie korozyjne wywołane szkodliwym
oddziaływaniem prądów błądzących upływających
z elektrycznych trakcji tramwajowych w dużych miastach.
Również w Polsce, po pracach zrealizowanych w zakresie
walki z prądami błądzącymi w okresie międzywojennym,
znaczący wzrost zainteresowania ochroną katodową
nastąpił dopiero w latach 60.
Ochrona katodowa jest jedną z najbardziej skutecz-
nych metod ochrony przeciwkorozyjnej stali w środo-
wiskach naturalnych. Może być stosowana wtedy, gdy
powierzchnia metalu kontaktuje się ze środowiskiem
elektrolitycznym, przewodzącym prąd elektryczny. Sto-
sowana jest przede wszystkim do wszelkiego rodzaju
konstrukcji stalowych podziemnych i podwodnych,
zazwyczaj razem z dobranymi do takich warunków po-
włokami ochronnymi. Prąd ochrony katodowej dociera
do miejsc w uszkodzeniach warstwy oddzielającej od
środowiska powierzchnie stali i uniemożliwia przebieg
procesów korozyjnych. To kompatybilne współdziałanie
ochrony katodowej i powłok ochronnych powoduje, że
taki system zabezpieczenia przeciwkorozyjnego może
zagwarantować długowieczną eksploatację konstrukcji
stalowych w stałym kontakcie z agresywnym ciekłym
środowiskiem korozyjnym. Do typowych zastosowań
technologii ochrony katodowej należy zaliczyć w pierw-
szym rzędzie różnego rodzaju konstrukcje i urządzenia
metalowe eksploatowane w wodzie morskiej (kadłuby
statków, konstrukcje hydrotechniczne, podpory wież
wiertniczych) oraz pod ziemia (rurociągi, pancerze kabli,
a także zbiorniki).
Jak to działa?
W technice ochrony katodowej wykorzystywany jest
stały prąd elektryczny. W wyniku przepływu prądu przez
granice pomiędzy metalem a środowiskiem korozyjnym,
występuje zjawisko polaryzacji elektrochemicznej, która
bezpośrednio ingeruje w przebieg procesów korozyj-
nych, czym w zasadniczy sposób różni sie od metod
barierowych, tj. wszelkiego rodzaju powłok ochronnych.
Dzięki temu może być ona skutecznie stosowana do
wszystkich typów korozji przebiegających z mechani-
zmem elektrochemicznym, a wiec oprócz korozji ogólnej,
także do kontaktowej, elektrolitycznej, wżerowej, szcze-
linowej, międzykrystalicznej, naprężeniowej itd. Jak już
wspomniano, eliminuje także występowanie różnego
rodzaju makroogniw korozyjnych i korozję mikrobiolo-
giczną. Metoda ta ma jednak poważne ograniczenia, które
w znaczący sposób zawężają możliwości jej wykorzy-
stania. Jest nim przede wszystkim konieczność istnienia
przy zabezpieczanej powierzchni odpowiednio grubej
warstwy środowiska elektrolitycznego, przez którą musi
przepłynąć prąd ochronny. Z tego właśnie powodu sto-
suje się ją jedynie do elementów stalowych, zanurzonych
w wodach naturalnych, w ziemi, wewnątrz aparatury
i urządzeń napełnionych mediami przewodzącymi prąd
elektryczny, ostatnio także w betonie.
Znaczącą niedogodnością ochrony katodowej jest
to, że zabezpieczana powierzchnia nie jest na ogół wi-
doczna, znajduje sie np. pod ziemią lub wodą, i określenie
skuteczności tego rodzaju zabezpieczenia przeciwkoro-
zyjnego wymaga przeprowadzenia przez specjalistę dość
specy( cznych, często złożonych pomiarów w terenie.
Te małe magnezowe anody galwaniczne
mogą sprawić, że nie wystąpi korozja zbiorników
paliwowych co najmniej przez 30 lat
Wnętrze stacji ochrony katodowej kryje w sobie źródło prądu stałego
2_2009_chemia.indd 62 2009-03-30 09:41:29
2/2009 Chemia Przemysłowa
tec
hn
olo
gie
63
Czynnik ten w znaczący sposób hamował i nadal hamuje
rozwój zakresu stosowania ochrony katodowej w praktyce
technicznej. Wiąże sie to z brakiem zaufania do metody,
której efektów działania nie można w sposób prosty
i jednoznaczny unaocznić. Niestety, pomimo bardzo
prostej zasady działania i podstaw teoretycznych ochrony
katodowej, do jej prawidłowego stosowania, uzyskania
wymaganej skuteczności oraz prowadzenia niezbędnej
kontroli, niezbędna jest wysoce specjalistyczna wiedza
i wiarygodny personel techniczny. Niestety ta złożona
technika, jeśli jest nieumiejętnie zastosowana, może
spowodować przyspieszone uszkodzenie korozyjne
zabezpieczanego obiektu lub konstrukcji sąsiednich. Jest
wiec zrozumiałe, że zarówno wymagania oraz metody
pomiarowe stosowane w tej technologii stały sie szybko
przedmiotem różnego rodzaju przepisów i norm. Pierw-
sze w tym zakresie wymagania były już sformułowane
w latach dwudziestych i trzydziestych bieżącego stulecia.
Do końca lat sześćdziesiątych większość państw wprowa-
dziła w tej dziedzinie pierwsze, narodowe przepisy tech-
niczne. Obecnie w większości rozwiniętych technicznie
krajów obowiązują przepisy regulujące stosowanie ochro-
ny katodowej do wszystkich zakopanych i podwodnych
konstrukcji metalowych. Od kilku już lat trwają prace nad
ich ujednoliceniem w ramach Unii Europejskiej. Wśród
nich znajdują sie także przepisy związane z realizacja
ochrony katodowej stalowych zbiorników podziemnych
oraz den zbiorników naziemnych.
Ochrona katodowa zbiorników
a ochrona środowiska
Należy sobie uzmysłowić, że zbiornik paliwowy jest
naczyniem, w którym przechowywana jest niebezpiecz-
na dla środowiska ciecz. Nieprzewidziane przedostanie
się jej do środowiska, wywołujące skażenie, może odbyć
się wskutek rozlania lub przelania cieczy przy napełnianiu
zbiornika albo wskutek utraty jego szczelności, poprzez
niesprawną armaturę lub uszkodzenie korozyjne.
Za wyjątkiem tego ostatniego, skażenie środowiska
może nastąpić w miejscu dostępnym dla serwisu,
i jeśli występuje, to zwykle wskutek zaniedbań ze strony
obsługi. Pamiętać należy, że jeden litr węglowodorów
powoduje, że niezdatnych do użycia staje się milion
litrów wody pitnej.
Uszkodzenia korozyjne zbiorników występują za-
zwyczaj w miejscach niedostępnych i mogą wywoływać
bezpośredni wyciek do środowiska. Miejsca takich uszko-
dzeń są do przewidzenia przez specjalistów zajmujących
się problematyką korozji konstrukcji podziemnych,
jednak wobec stosowania na powierzchni zbiorników
izolacji przeciwkorozyjnych, metody diagnostyczne nie
mogą się sprawdzić. Przyczyną jest to, że ewentualne
uszkodzenia wystąpić mogą w trudnych do określenia
miejscach występowania defektów w izolacji, zależnych
od jakości materiału i poziomu wykonawstwa powłoki.
W tym miejscu dopiero ujawniają się prawdziwe
zalety ochrony katodowej: może być ona zastosowana
do istniejących, już eksploatowanych (a wiec także
w jakimś stopniu skorodowanych) obiektów, prąd ochro-
ny katodowej dociera do miejsc niedostępnych, właśnie
do tych, które są potencjalnym ogniskiem zaatakowania
korozyjnego ze strony środowiska. Obwód elektryczny
prądu zamyka się właśnie w miejscach uszkodzenia po-
włoki izolacyjnej, a więc w tym miejscu, w którym metal
kontaktuje się z agresywnym środowiskiem.
Jak widzą to inni
Te szerokie możliwości ochrony katodowej zostały
dostrzeżone przez amerykańską Agencje Ochrony
Środowiska (EPA), która w roku 1988 doprowadziła do
wprowadzenia przepisów federalnych oraz wdrożenia
programu przeciwdziałania skażeniu naturalnego śro-
dowiska przez niesprawne zbiorniki paliwowe. Zgodnie
z nim, wszystkie stare, podziemne zbiorniki paliwowe
powinny w ciągu 10 lat mieć wykonane odpowiednie
zabezpieczenie przed rozlewaniem i przelaniem paliwa
oraz odpowiednie zabezpieczenie przeciwkorozyjne.
Wszystkie nowo budowane zbiorniki muszą spełniać
je już na etapie wstępnego projektu. Warunki ochrony
przeciwkorozyjnej istniejących zbiorników i nowych
obiektów wg EPA są spełnione w następujących przy-
padkach:
• stalowy zbiornik posiada powlokę przeciwkorozyjną
(powłoka bitumiczna nie jest zakwali( kowana jako
powłoka przeciwkorozyjna) i ochronę katodową,
• zbiornik wykonany jest z materiału nie ulegającego
korozji,
• stalowy zbiornik jest platerowany materiałem odpor-
nym na korozję lub umieszczony jest w materiale nie
ulęgającym korozji (nie dotyczy to blachy stalowej
cynkowanej),
• niepokryty stalowy zbiornik posiada ochronę kato-
dową,
• niepokryty zbiornik posiada wewnętrzną wykładzinę
nie ulegającą korozji,
• niepokryty stalowy zbiornik posiada ochronę ka-
todowa i wewnętrzną wykładzinę nie ulegającą
korozji.
Na powierzchni ziemi widoczne są tylko skrzy-neczki i słupki z wypro-wadzonymi przewodami od elementów systemu ochrony katodowej
2_2009_chemia.indd 63 2009-03-30 09:41:30
marzec – kwiecień
tec
hn
olo
gie
64
Ponieważ dla istniejących zbiorników stosunkowo
trudno jest spełnić wymagania dot. wykonania nowych
powłok przeciwkorozyjnych, pozostaje tylko zasto-
sowanie jednej z trzech możliwości, przewidzianych
w cytowanych przepisach amerykańskich:
• wykonać ochronę katodową zbiornika (co zabezpie-
cza ściankę przed korozją),
• wykonać wewnątrz zbiornika wykładzinę odporna
na działanie paliwa (co chroni tylko przed wyciekiem
paliwa w przypadku korozji ścianki i nie przedłuża jego
żywotności), lub
• zabezpieczyć się całkowicie, tj. wykonać łącznie ochro-
nę katodową i wykładzinę wewnątrz zbiornika.
Omawiany dokument dobitnie pokazuje pierw-
szoplanowa pozycję technologii ochrony katodowej
zbiorników paliwowych w przeciwdziałaniu możliwości
wystąpienia awarii korozyjnej ścianki lub dna zbiornika.
Ma on już znaczenie historyczne – w USA zgodnie z tym
programem zmody( kowano do roku dwutysięcznego
ponad 600 tysięcy zbiorników podziemnych, zaopatru-
jąc je w systemy ochrony katodowej. Obowiązuje tam
zasada: „ochronę przeciwkorozyjną za pomocą ochrony
katodowej, należy zapewnić na etapie projektowania
obiektu i należy utrzymywać podczas całego okresu
użytkowania systemu, chyba że specjalne badania wy-
każą brak potrzeby stosowania ochrony katodowej”. Jed-
nym z najważniejszych wymagań ustanowionych przez
EPA jest prawidłowe zabezpieczenie przeciwkorozyjne
zbiornika, w tym jego ochrona katodowa. Program UST
znowelizowany został w sierpniu 2005 r. i funkcjonuje do
dnia dzisiejszego, zajmując się teraz między innymi także
rekultywacją skażonych gruntów przez cieknące zbior-
niki paliwowe. Nowinką było wprowadzenie obowiązku
stosowania zbiorników dwuściennych z monitorowa-
niem przestrzeni międzyściennej w pobliżu ujęć wody
pitnej oraz ( nansowej odpowiedzialności właścicieli
zbiorników. Wykonawca podziemnej instalacji zbiorni-
ków paliwowych musi ponadto posiadać odpowiedni
certy( kat. Wszystkich, których interesuje amerykański
punkt widzenia na bezpieczeństwo i przeciwdziałanie
przeciekom ze zbiorników paliwowych, należy zachęcić
do przestudiowania informacji zawartych na stronie
internetowej http://www.epa.gov/swerust1/fsprevnt.
htm.
Czy w Polsce oddalone zostanie widmo
cieknących zbiorników?
Czy w Polsce bezpieczeństwo eksploatacji zbiorni-
ków paliwowych postrzegane jest w podobny sposób?
Pierwsze wymagania w sprawie ograniczenia zagrożenia
środowiska naturalnego przez wycieki paliwa ze zbiorni-
ków podziemnych, zawarte były w akcie wykonawczym
Prawa budowlanego – w rozporządzeniu Ministra
Przemysłu i Handlu z dnia 30 sierpnia 1996 r. w sprawie
warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać
bazy i stacje paliw płynnych, rurociągi dalekosiężne do
transportu ropy naftowej i produktów naftowych, i ich
usytuowanie (Dz.U. z 1996 r. Nr 122, poz. 576 z później-
szymi zmianami), a także w rozporządzeniu Ministra
Gospodarki z dnia 18 września 2001 r. w sprawie warun-
ków technicznych dozoru technicznego, jakim powinny
odpowiadać zbiorniki bezciśnieniowe i niskociśnieniowe
przeznaczone do magazynowania materiałów ciekłych
zapalnych (Dz.U. Nr 113, poz. 1211 wraz z późniejszymi
zmianami). Polskie przepisy nie regulują w sposób jed-
noznaczny sposobu ochrony przed korozją zbiorników
i rurociągów kontaktujących się z elektrolitycznym
środowiskiem ziemi, a w szczególności nie przywołują
ochrony katodowej jako jedynej metody gwarantującej
skuteczność zabezpieczenia przeciwkorozyjnego stalo-
wej ścianki zbiorników czy rurociągów.
Przepisy koncentrują się głównie na ewentualnym
usuwaniu skutków powstających w wyniku przecieków
ze zbiorników. Tymczasem należałoby usuwać przyczyny.
Środki ograniczające możliwość wycieków i ich rozlewów
są oczywiście potrzebne ze względów bezpieczeństwa,
ale w pierwszej kolejności konieczne jest niedopuszczenie
do powstania nieszczelności, czyli korozji stalowych ścia-
nek zbiorników i rurociągów. Tu muszą być zastosowane
wszystkie znane w technice środki. Jedynym skutecznym
sposobem wyeliminowania korozji stali w ziemi jest
ochrona katodowa. Uznaje się, że ochrona katodowa
działa skutecznie, jeśli szybkość korozji ograniczy się do
wartości mniejszych od 0,01 mm/rok. Nakłady na ochro-
nę katodową zbiorników na nowej stacji paliwowej nie
przekraczają ok. 1% kosztów całej inwestycji. Każdorazowo
prace przy projektowaniu i wykonawstwie systemów
ochrony katodowej powinny być realizowane przez per-
sonel posiadający kwali( kacje określone w europejskiej
normie PN-EN 15257:2007 „Ochrona katodowa – Poziomy
kompetencji oraz certy( kacja personelu ochrony kato-
dowej”. Wymagania w stosunku do systemów ochrony
katodowej zbiorników zawarte są w normie PN-EN
13636:2006 „Ochrona katodowa metalowych zbiorników
podziemnych i związanych z nimi rurociągów”. Środowi-
sko naukowo- techniczne związane z tą dziedziną ochrony
przeciwkorozyjnej, usilnie od lat zabiega o nadanie tej
metodzie (na wzór amerykański) odpowiednio wysokiej
rangi w przepisach dotyczących ochrony środowiska
przed przeciekami ze zbiorników i rurociągów paliwo-
wych. Współczesna wiedza jednoznacznie podpowiada
co należy zrobić, aby zbiorniki były szczelne.
Anody muszą być odpowiednio rozmiesz-
czone wokół i pomiędzy zbiornikami
2_2009_chemia.indd 64 2009-03-30 09:41:31
top related